專利名稱：高延展性鎂合金材料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
鎂合金為實(shí)用金屬材料中比重最輕的結(jié)構(gòu)用材料，具有高比強(qiáng)度、高比剛性，而且其散熱性、防EMI(電磁干擾)特性及回收再生性優(yōu)異，因此，誠(chéng)為符合環(huán)保且要求輕量化結(jié)構(gòu)件的最佳材料；然而，鎂合金的室溫成形性差是阻礙其應(yīng)用的最大瓶頸，本發(fā)明涉及一種高延展性鎂合金材料制造方法，主要是通過特殊合金元素的添加，改變其結(jié)晶組織構(gòu)造，因而提升了室溫的塑性變形能力。
背景技術(shù)：
近年來在車輛、電子資訊產(chǎn)品、家電及0A(辦公自動(dòng)化)產(chǎn)業(yè)追求輕量化的潮流中，鎂合金的應(yīng)用受到各領(lǐng)域的矚目。然而以往一般傳統(tǒng)商用鎂合金的室溫成形性差，因此鎂合金結(jié)構(gòu)件的制作大都采用以熔解凝固的鑄造(Cast)方法為主，尤其是以壓鑄成形或射出成形的加工方法居多。特別是對(duì)于薄壁件的成形，壓鑄成形或射出成形的合格率低，造成鎂合金成品制造業(yè)的困擾。
早期有添加Y或Si以提升鎂合金超塑性成形及制造的專利報(bào)告，但因成形溫度仍須高達(dá)200℃左右，在室溫下的成形性依然不足，而且制造方法采用繁復(fù)的溶湯急冷凝固法，操作上不容易且不普遍。
一般鎂合金必須加熱至200℃以上才具有足夠的塑性變形能力，因此在室溫將展伸材(Wrought Materials)沖壓制成成品的合格率偏低，在實(shí)用面上受到了限制。此外，鎂及鋰均為活性極高的合金元素，熔配方法困難，若再采用前述專利溶湯急冷凝固法，非但操作不易且成形品形狀將受限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有鑒于以往技術(shù)上的課題，目的在于不僅可維持鎂合金的低密度特性，且經(jīng)由真空熔煉爐或通惰性氣體保護(hù)爐熔解后澆鑄成鑄錠，再擠制或軋延成高延展性鎂合金素材，供后續(xù)的沖壓制造成各種功能元件。
本發(fā)明提供的高延展性鎂合金材料的制造方法，其步驟如下(1)將鎂材料及鋅、鋁…等較高熔點(diǎn)的合金元素首先置入熔煉爐坩堝內(nèi)，接著抽高真空并注入一大氣壓或稍微負(fù)壓(-600Torr)的氬氣；(2)熔煉爐進(jìn)行感應(yīng)加熱，使上述坩堝內(nèi)材料熔解并混合成均勻基礎(chǔ)湯；(3)添加鋰材于基礎(chǔ)湯內(nèi)，控制熔湯溫度在700～800℃之間，充分?jǐn)嚢杈鶆颍?4)將熔湯澆鑄于預(yù)置的鑄模內(nèi)，鑄錠待凝固冷卻后取出；(5)鑄錠在300℃作一小時(shí)調(diào)質(zhì)處理，接著鑄錠在200℃連續(xù)軋延成板材，或采在室溫軋延，但當(dāng)冷軋延量達(dá)30％后須作200℃短暫的工藝退火后再續(xù)軋。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的細(xì)節(jié)及其優(yōu)點(diǎn)。


圖1為傳統(tǒng)商用AZ31鎂合金深抽破裂實(shí)施例圖。
圖2為本發(fā)明高延展性鎂合金材料的制造流程圖。
圖3為本發(fā)明高延展性鎂合金深抽成形成功的實(shí)施例圖。
圖4為本發(fā)明高延展性鎂合金深抽成形成功的另一角度實(shí)施例圖。
具體實(shí)施例方式
<實(shí)施例>真空爐及氣氛爐合金熔煉鎂元素對(duì)氧的親合力極高，故其合金煉制必須在真空爐或無氧氣氛爐中進(jìn)行，而高延展性鎂合金的制作也不能例外。首先整備真空爐，檢查各控制系統(tǒng)的功能正常否及將特定坩堝固植于感應(yīng)加熱線圈內(nèi)，即可著手高延展性鎂合金材料熔制(請(qǐng)參照?qǐng)D2所示)，其步驟如下1.將鎂材料及鋅、鋁…等較高熔點(diǎn)的合金元素先置入熔煉爐坩堝內(nèi)，接著抽高真空并注入一大氣壓或稍微負(fù)壓(-600Torr)的氬氣；2.熔煉爐進(jìn)行感應(yīng)加熱，使上述坩堝內(nèi)材料熔解并混合成均勻基礎(chǔ)湯；3.添加鋰材于基礎(chǔ)湯內(nèi)，控制熔湯溫度在700～800℃之間，充分?jǐn)嚢杈鶆颍?.將熔湯澆鑄于預(yù)置的鑄模內(nèi)，鑄錠待凝固冶卻后取出。
<實(shí)施例>高延展性鎂合金材料設(shè)計(jì)目前傳統(tǒng)商用鎂合金延展性差的原因，是其本身材料結(jié)構(gòu)無法跳脫六方晶組織及有堅(jiān)硬的介金屬(Intermetallics)發(fā)生，故高延展性鎂合金的設(shè)計(jì)方針為利用特殊合金元素的添加，酌以改變其結(jié)晶組織構(gòu)造及盡量避免介金屬的產(chǎn)生，因而優(yōu)化其延韌性及材料成形性。為保持鎂合金比重最輕的結(jié)構(gòu)材料特性，合金元素的添加以低密度元素及能強(qiáng)化合金的訴求為主軸。
經(jīng)過有系統(tǒng)的、縝密的研究發(fā)現(xiàn)Mg-Li合金具有高強(qiáng)度高延展性低密度的特性，此二高一低的特性完全符合目前產(chǎn)業(yè)輕薄短小產(chǎn)品的訴求，市場(chǎng)潛力無窮。當(dāng)鎂合金中含鋰量超過6％重量百分比時(shí)，即有明顯的體心結(jié)構(gòu)組織產(chǎn)生，隨著鋰添加量的提高，體心結(jié)構(gòu)組織也相對(duì)增加，此意謂著合金延展性也相對(duì)改善，但過度的添加將損及合金強(qiáng)度，故以不超過20％為宜。
下表為本發(fā)明四種鎂鋰合金與傳統(tǒng)商用鎂鋁合金(AZ31-0)的合金組成及機(jī)械性質(zhì)比較。AZ31鎂鋁合金板材的室溫機(jī)械強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率都差，伸長(zhǎng)率僅11％；本實(shí)施例四種鎂鋰合金鑄錠尺寸為260×130×80mm、重4.1公斤、比重約1.5，鑄錠在300℃作一小時(shí)調(diào)質(zhì)處理后，可接著在200℃連續(xù)軋延成板材，或采在室溫軋延，但當(dāng)冷軋延量達(dá)30％后須作200℃短暫的工藝退火(Inter-annealing)再續(xù)軋，此些板材的機(jī)械強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率均相對(duì)優(yōu)異許多，尤其伸長(zhǎng)率高達(dá)40％以上。
此外，本發(fā)明高延展性鎂合金也可在200-400℃直接擠制(Extrusion Forming)成板、棒…等型材，以增加其應(yīng)用面。

<實(shí)施例>深抽成形(Deep Drawing)以深抽成形(Deep Drawing)加工來探討本發(fā)明的鎂合金室溫下的成形能力。采用100Ton MTS拉伸試驗(yàn)機(jī)，方型擠桿(Punch)的對(duì)角線長(zhǎng)為45mm，夾頭速率為2.5mm/s，以Paraffin液體作潤(rùn)滑劑。
以臨界深抽成形比(Limiting Drawing Ratio，LDR)來評(píng)議材料成形性的優(yōu)劣，LDR為素板的對(duì)角線長(zhǎng)與方型擠桿的對(duì)角線長(zhǎng)之比。
傳統(tǒng)商用鎂合金AZ31在室溫下無法以上述條件抽制成形，破裂例如圖1所示，而本發(fā)明的高延展性鎂合金(0.2mm厚板材)在室溫下不僅可抽制成形(如圖3及圖4)，且其LDR值可高達(dá)1.5。
權(quán)利要求
1.一種高延展性鎂合金材料的制造方法，其特征在于，其步驟如下(1)將鎂材料及鋅、鋁…等較高熔點(diǎn)的合金元素首先置入熔煉爐坩堝內(nèi)，接著抽高真空并注入一大氣壓或例如-600Torr的稍微負(fù)壓的氬氣；(2)熔煉爐進(jìn)行感應(yīng)加熱，使上述坩堝內(nèi)材料熔解并混合成均勻基礎(chǔ)湯；(3)添加鋰材于基礎(chǔ)湯內(nèi)，控制熔湯溫度在700～800℃之間，充分?jǐn)嚢杈鶆颍?4)將熔湯澆鑄于預(yù)置的鑄模內(nèi)，鑄錠待凝固冷卻后取出；(5)鑄錠在300℃作一小時(shí)調(diào)質(zhì)處理，接著鑄錠在200℃連續(xù)軋延成板材，或采在室溫軋延，但當(dāng)冷軋延量達(dá)30％后須作200℃短暫的工藝退火后再續(xù)軋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高延展性鎂合金材料的制造方法，其特征在于合金可在200～400℃直接擠制成板、棒…等型材，以增加其應(yīng)用面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高延展性鎂合金材料制造方法，其特征在于此材料含有3～20重量％鋰及鋅或再含少量的其他合金元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高延展性鎂合金材料的制造方法，其特征在于此材料可作為車輛、電子資訊產(chǎn)品、家電、OA…等產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)元件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高延展性鎂合金材料制造方法，制造提供可在室溫下進(jìn)行塑性變形加工的鎂合金材料，制造工藝為將含鋰及其他合金元素的鎂合金材料，在真空熔煉爐或通惰性氣體保護(hù)爐中，熔解后澆鑄成鑄錠，再以擠制或軋延方式制作成素材，此高延展性鎂合金素材在常溫下即擁有極佳的塑性變形能力，完全改善傳統(tǒng)商用鎂合金在室溫下成形性不足的缺憾，可作為車輛、電子資訊產(chǎn)品、家電、0A…等產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)元件。
文檔編號(hào)C22C23/00GK1482268SQ02130609
公開日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2002年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月9日
發(fā)明者官俊欽, 葉明堂, 王建義 申請(qǐng)人:旭陽科技股份有限公司